Тема 1 Основы гидравлики

Лекция: Основы гидравлики и газовой динамики

В теории гидромеханики под термином «жидкость» подразумеваются капельные и упругие жидкости (газы и пары) благодаря их общему физическому свойству – текучести. Поэтому, прежде всего, в гидравлике и гидромеханических процессах жидкости рассматриваются как текучие среды (вещества), способные самопроизвольно занимать и принимать форму всего объёма сосуда, в котором они заключены. Кроме того, жидкости представляются как сплошные среды с непрерывно распределенной плотностью. Под этим понятием имеется в виду среда, частицы которой равномерно распределены по всему еѐ объёму без «разрывов», т.е. в любой точке объёма существуют частицы среды и обладают определённой плотностью.

Различают следующие виды жидкостей:

Идеальная жидкость – обладает абсолютной текучестью, абсолютно несжимаема и в ней полностью отсутствуют силы сцепления между частицами.

Реальная жидкость – обладает всеми указанными выше свойствами. Главные и основные свойства жидкости – текучесть и вязкость.

Гомогенная жидкость – жидкость, состоящая из одного или нескольких компонентов, не имеющих границу раздела между собой (истинные растворы).

Гетерогенная жидкость – жидкость, состоящая из одного или нескольких компонентов, которые имеют границу раздела между собой – двух или трёхфазные системы (суспензии, дымы, пыли, туманы и эмульсии).

Силы, действующие в реальной жидкости. Жидкости, находящиеся в покое или движении постоянно находятся под воздействием различных сил. Все действующие силы подразделяются на объемные и поверхностные силы.

Объемные силы. Эта категория сил относится к массовым силам, поскольку их величина зависит от массы жидкости, и действуют они на каждую частицу данного объема жидкости. К этим силам относятся силы тяжести и силы инерции, в т.ч. центробежные силы.

Поверхностные силы. Эти силы действую на поверхности, ограничивающие данный объем. К таким силам относятся силы давления и поверхностного натяжения Обычно в теории оперируют понятием напряжения, т.е. отношением силы к величине поверхности, на которую они действуют.

Плотность жидкости (ρ) —отношение массы (m) жидкости к объѐму (V)

ρ = m / V

Для индивидуальных капельных жидкостей плотность и удельный вес определяются экспериментально в соответствии с государственными стандартами (ГОСТ) по установленным методикам и заносятся в справочники. Всегда указываются условия (давление и температура), при которых были проведены измерения. Обычно стандартными условиями являются температура tст = 20°С и давление Р=760 мм рт.ст. Иногда в отраслевых стандартах или условиях могут использоваться другие уровни температур.

Молекулярная масса вещества. Это масса одного киломоля вещества, выраженная в кг. Определяется по химической формуле вещества и атомным массам по периодической системе элементов Менделеева.

Удельный объем - это величина обратная плотности:

𝑣=1/𝜌.

Данный параметр широко используется при изучении вопросов теории и практики термодинамики газов и паров, в частности, процессов их сжатия (компримирования).

Сжимаемость – свойство газов и паров изменять свой объем при изменении давления при постоянной температуре.

Расширение – свойство газов и паров изменять свой объем при изменении температуры при постоянном давлении.

Поверхностное натяжение – величина, которая определяет значение поверхностной энергии тел, под действием которой все тела стремятся к сокращению своей внешней поверхности на границе раздела сред, численно равна энергии образования единицы поверхности: 𝜍=Нм. Поверхностное натяжение является справочной величиной.

Вязкость жидкости – свойство жидкости оказывать сопротивление усилиям, вызывающим относительное перемещение ее слоев.

Коэффициент динамической вязкости определяется межмолекулярными силами, зависящими от среднего расстояния между молекулами; последнее определяется молярным объёмом вещества V_М:

где с – константа, характерная для определенной жидкости;

V_С – собственный объем, занимаемый частицами жидкости.

Коэффициент динамической вязкости определяется экспериментально в соответствии со стандартами и для большинства жидкостей является справочной величиной.

Кроме коэффициента динамической вязкости на практике широко используется показатель кинематической вязкости, равный отношению динамической вязкости к плотности жидкости:

где ρ – плотность жидкости;

h– коэффициент динамической вязкости.